ANALISIS EFISIENSI BOILER DENGAN KAPASITAS UAP

1950 kg/jam

SKRIPSI

ANGGA RIKRIK KUSUMADINATA

1010311028

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN” JAKARTA

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK MESIN

2014

ANALISIS EFISIENSI BOILER DENGAN KAPASITAS UAP

1950 kg/jam

SKRIPSI

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar

Sarjana Ilmu Teknik

ANGGA RIKRIK KUSUMADINATA

1010311028

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN” JAKARTA

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK MESIN

2014

ii

iii

iv

v

vi

KATA PENGANTAR

Puji syukur senantiasa selalu tercurah pada ALLAH SWT yang dengan

segala kebesaran dan kuasa-Nya selalu memberikan kemudahan, kekuatan serta

petunjukkepada penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.

Skripsi ini disusun dan diajukan sebagai salah satu syarat untuk

memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin Universitas

Pembangunan Nasional “Veteran” Jakarta. Topik yang dipilih merupakan

kelompok dalam bidang Konversi Energi dengan judul “ANALISIS EFISIENSI

BOILER DENGAN KAPASITAS UAP 1950 kg/Jam”. Penyelesaian Skripsi ini

tidak lepas dari bantuan berbagai pihak yang telah diberikan kepada penulis. Oleh

karena itu, penulis mengucapkan terima kasih yang tulus dan ikhlas kepada :

1. Ir. M. Galbi Bethalembah, MT selaku Ketua Prodi Teknik Mesin

Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jakarta.

2. Bapak Ir. Saut Siagian, MT selaku Dosen Pembimbing yang telah

memberikan saran dan bimbingannya kepada penulis dalam

penyelesaian Skripsi ini.

3. Teman-Teman Teknik Mesin S-1 UPN ”veteran” Jakarta, Solidarity M

Forever

4. Teman seperjuangan Optimis 2010 Tejo, Jangkung, Batak, Jait, Tomo,

Alay, Doyok, Capung, Bokir, Caplang, Ibeng, Jamet, Ucok, Bopak,

Bokep, Arab, Pitak, Emon, Bogel, Pungky, Elan

5. Abang-abang optimis 2008, optimis 2009, serta adik-adik optimis

2011, optimis 2012 dan optimis 2013

6. Seluruh staf pengajar di Program Studi Teknik Mesin Universitas

Pembangunan Nasional ”Veteran” Jakarta yang tidak dapat disebutkan

satu per satu disini. Terima kasih atas bimbingan dan ilmu yang telah

diajarkan.

7. Orang tua (Ayah Edi Ibu Apong ) beserta Ua ( Tata Carwita )yang

selalu memberikan kasih sayang, dorongan, dukungan dan aliran do’a

untuk setiap langkah yang ditempuh penulis selama pendidikan di

UPNVJ.

vii

8. Segenap Mahasiswa Teknik Mesin Universitas Pembangunan Nasional

”Veteran” Jakarta terima kasih atas motivasi dan dukungannya.

Semoga isi Skrips ini dapat menambah wawasan pembaca pada umumnya dan

penulis pada khususnya. Kesalahan dan kekurangan tentu tak lepas dari sifat manusia

karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifa tmembangun

agar penulis dapat menjadi manusia yang lebih baik.

Jakarta, 15 Agusutus 2014

Penulis

viii

ABSTRAK

Efisiensi boiler adalah proses pembakaran dengan air atau uap dalam boiler.

Umumnya boiler memakai bahan bakar cair( residu, solar ), padat ( batu bara ) ,

atau gas. Di PLTU suralaya menggunakan bahan bakarpadat( batu bara), jenis

bahan bakar sub-bituminous. Analisa efisiensi boiler dapat menggunakan metode

langsung dan tidak langsung, untuk metode langsung memerlukan sedikit

parameter untuk perhitungan. Dan metode secara tidak langsung dapat diketahui

neraca bahan dan energi yang lengkap untuk setiap aliran, yang dapat

memudahkan dalam mengidentifikasi kehilangan panas untuk mendapatkan

efisiensi boiler. Dari hasil perhitungan secara langsung diketahui jenis boiler

berbahan bahan bakar batu bara, jumlah steam yang dihasilkan 1874 kg /jam,

Tekanan steam/suhu168 kg/cm2 / 5380 C, Jumlah pemakaian batu bara215 kg/jam,

Suhu air umpan 2870 C, GCV batu bara 4850 kkal/kg, Entalpi steam pada tekanan

812 kkal/kg, Entalpi air umpan 304kkal/kg. maka dapat efisiensi secara langsung

adalah 78 %. Perhitungan efisiensi secara tidak langsung Analisis ultimate

batubara Carbon ( C ) : 56,8 %, Hydrogen ( H2 ) : 3,7 %, Sulfur ( S ) : 2 %,

Oksigen ( O2 ) : 7 %, Kadar air : 12,5 %, GCV Batu Bara 4850 kkal/kg,

Persentase oksigen 8 %, Suhu gas buang ( Tf ) 166 oC, Suhu ambient ( Ta ) 29 0C,

Rasio kelembaban 0,027 kg/kg udara kering, maka dapat efisiensi secara tidak

langsung adalah 86 %.

Kata kunci : efisiensi boiler, steam, ASME

ix

ABSTRACT

The efficiency ofthe boileris burning proces with water or steamin the boiler.

Generally uses liquid fuel boilers (residue,diesel), solid (coal), orgas. In Suralaya

using solid fuels (coal), sub-bituminous fuels. Boiler efficiency analysis using

direct and indirect methods, to requirethe direct method in few parameters for the

calculation. And indirect methods can be obtained mass and energy balance for

each stream is complete, which could make it easier to identify the loss of heat to

get the boiler efficiency. From the calculation results directly known type of fuel

fired boilers coal, the amount of steam produced 1874kg/h, steam

pressure/temperature of 168 kg/cm2/538 0C, Number of stones bara 215kg/h, feed

water temperature 287 0C, coal GCV 4850 kcal/kg, enthalpy of steam at a

pressure of 812 kcal/kg, enthalpy of feed water 304 kcal/kg. it can be directly

efficiency is 82.48%. Calculation of efficiency indirectly Ultimate analysis of coal

Carbon(C): 56.8%, Hydrogen(H2): 3.7%, Sulfur(S): 2%, Oxygen(O2): 7%,

Moisture:12, 5%, Coal GCV 4850 kcal/kg, percentage of 8% oxygen, the exhaust

gas temperature (Tf) 166° C, ambient temperature (Ta) 290C, humidity ratio of

0.027kg/kg dry air, fuel efficiency, it can indirectly is 85%.

Keywords: efficiency boilers, steam, ASME

x

DAFTAR ISI

LEMBAR PERSETUJUAN ..................................................................................i

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... ii

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI…………………………..……………..iii

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI SKRIPSI ……………………. Iv

KATA PENGANTAR ..........................................................................................v

ABSTRAK .......................................................................................................... vii

ABSTRACT.......................................................................................................... vii

DAFTAR ISI .........................................................................................................ix

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................xii

DAFTAR TABEL.................................................................................................xiii

DAFTAR ISTILAH DAN SATUAN………………………………………...... xiv

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang .............................................................................................. 1

1.2 Maksud dan Tujuan ....................................................................................... 2

1.3 Rumusan Masalah ......................................................................................... 2

1.4 Batasan Masalah ............................................................................................ 2

1.5 Sistematika Penulisan ....…………………………….................................... 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Penelitian Sebelumnya .....………………………………………………….4

II.2 Dasar Teori ..…………………………….………………………………… 4

II.3 Evaluasi Kinerja Boiler ...…...………..………………....……………….. 13

II.4 Sistem Perpindahan Panas pada boiler ....................................................... 15

II.5 Proses Pembentukan Uap ...……………………………………………… 18

II.6 Pembakaran pada boiler ...……………………………………………….. 19

II.7 Kebutuhan Udara …….………………………………………………….. 26

II.8 Rumus Perhitungan ….…………………………………………………... 27

BAB III METODE PERHITUNGAN

III.1 Diagram Alir Perhitungan ........................................................................... 31

III.2 Langkah Perhitungan …............................................................................... 32

III.3 Lokasi Pengambilan Data ............................................................................ 32

III.4 Langkah Pengambilan Data ......................................................................... 33

III.5 Spesifikasi design boiler……....…………………………………………... 33

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

IV.1 Deskripsi Hasil Pembahasan …...…………………………......................... 34

IV.2 Perhitungan efisiensi boiler dengan metode langsung ...….......................... 34

IV.3 Perhitungan efisiensi boiler secara tidak langsung ...………....................... 35

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

V.1 Kesimpulan .................................................................................................. 39

V.2 Saran ............................................................................................................ 39

DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………………….. 40

LAMPIRAN

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1 ketel uap ( Boiler ) ........................................................................ . 5

Gambar 2 Furnace …….……………………………………………………..6

Gambar 3 Burner ………....………………………………..............................6

Gambar 4 Steam drum ………………………………………………………. 7

Gambar 5 Economizer ….…………………………………………………...7

Gambar 6 Evaporator …...…………………………………………………... 8

Gambar 7 Superheater ………………………………………………………. 9

Gambar 8 Condensor……………………………………………………….. 10

Gambar 9 Diagram Sederhana Fire Tube Boiler ….…...…………………... 10

Gambar 10 Diagram Sederhana Water Tube Boiler .…...…………………… 11

Gambar 11 Diagram Neraca Energi Boiler ….……………………………… 13

Gambar 12 Kehilangan panas pada boiler yang berbahan bakar batu bara …. 14

Gambar 13 Pembentukan uap air pada pipa boiler ………………………….. 18

Gambar 14 Batu bara jenis antrasit ..………………………………………... 24

Gambar 15 Batu bara jenis bituminous ….………………………………….. 24

Gambar 16 Batu bara jenis sub – bituminous ……………………………….. 25

Gambar 17 Batu bara jenis lignit …………………………………...………..25

Gambar 18 Diagram alir perhitungan …...…………………………………... 31

Gambar 19 Lokasi PLTU UBP Suralaya …...……………………………….. 32

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 1 Batu bara mutu tinggi/ bituminous (bontang, Kalimantan timur)….. 21

Tabel 2 Batu bara mutu rendah/lignite (sarongga, Kalimantan selatan)……. 21

Tabel 3 Batu bara campur .............................................................................. 22

Tabel 4 Kebutuhan udara pembakaran berbagai jenis batu bara ..................... 27

Tabel 5 Lembaran pengumpulan data ………………………………............ 34

Tabel 6 Lembar analisis bahan bakar batu bara ……………………………..35

Tabel 7 Lembar Pengumpulan Data ………………………………………....35

xiii

DAFTAR ISTILAH

Notasi Satuan

Q = jumlahsteam yang dihasilkan kg/ jam

q = jumlah bahan bakar yang digunakan kg/jam

GCV = nilai panas kotor bahan bakar kkal/kg

hg = Entalpi steam jenuh kkal/kg

hf = Entalpi air umpan kkal/kg

cp = Panas jenis gas buang oC

Ta = suhu gas buang oC

Tf = suhu ambien oC